1、緒論氣動控制：儀表信號的傳輸標準：0.02-0.1Mpa 電動控制：DDZ-2信號的傳輸標準：0-10mADC DDZ-3信號的傳輸標準：4-20mADC 計算機控制:DCS、PLC（模擬量4-20mA、1-5V） FCS（標準協議）穩定性指標：衰減比（衰減率）準確性指標：殘余偏差，最大動態偏差，超調量快速性指標：調節時間（振蕩頻率） 第一章1、被控對象：即被控制的生產設備或裝置被控變量被控對象需控制的變量2、執行器：直接用于控制操縱變量變化。執行器接收到控制器的輸出信號，通過改變執行器節流件的流通面積來改變操縱變量。常用的是控制閥。 3、控制器（調節器）：按一定控制規律進行運算，將結果輸出至

2、執行器。 4、測量變送器：用于檢測被控量，并將檢測到的信號轉換為標準信號輸出。穩態：系統不受外來干擾，同時設定值保持不變，因而被調量也不會隨時間變化，整個系統處于穩定平衡的工況動態：系統受外來干擾或設定值改變后，被控量隨時間變化，系統處于未平衡狀態。過度過程：從一個穩態到達另一個穩態的過程。過渡過程的形式：非周期過程（單調發散和單調衰減）；振蕩過程（發散、等幅振蕩、衰減振蕩）評價控制系統的性能指標：穩定性、準確性、快速性穩定性：穩定性是指系統受到外來作用后，其動態過程的振蕩傾向和系統恢復平衡的能力。準確性：理想情況下，當過渡過程結束后，被控變量達到的穩態值（即平衡狀態）應與設定值一致。快速性：

3、快速性是通過動態過程持續時間的長短來表征的。多數工業過程的特性可分為下列四種類型：自衡的非振蕩過程； 無自衡的非振蕩過程；有自衡的振蕩過程 具有反向特性的過程放大系數K對系統的影響：控制通道（放大系數越大，控制作用對擾動的補償能力強，有利于克服擾動的影響，余差就越小）。擾動通道（當擾動頻繁出現且幅度較大時，放大系數大，被控變量的波動就會很大，使得最大偏差增大；）滯后時間對系統的影響：控制通道（滯后時間越大，控制質量越差）擾動通道（擾動通道中存在容量滯后，可使階躍擾動的影響趨于緩和，對控制系統是有利的）工業過程動態特性的特點（1）對象的動態特性是不振蕩的（2）對象動態特性有遲延。遲延包括容積遲延

4、、傳輸遲延。（3）被控對象本身是穩定的或中性穩定的（4）被控對象往往具有非線性特性第二章控制規律：控制器的輸出信號隨偏差信號的變化而變化的規律。正作用控制器：y，u，故Kc為負；反作用控制器：y，u，故Kc為正氣開閥的增益為正，氣關閥的增益為負比例調節（P調節）動作規律：反應及時，超調量小，有差調節比例度的物理意義：如果輸出u直接代表調節閥開度的變化量,那么就代表使調節閥開度改變100%，即從全關到全開時所需的被調量的變化范圍越大：過渡過程越平穩，殘差大，穩定性，調節時間。減小：振蕩加劇，穩定性，殘差小。減到某一數值時，出現等幅振蕩，此時稱為臨界比例度積分調節（I調節）的特點：滯后性、無差調節

5、、穩定性差。增大積分速度將會降低控制系統的穩定程度，直到最后出現發散的振蕩過程Ti愈小，積分部分所占比重愈大。比例積分調節的動作規律：利用P調節快速抵消干擾，同時利用I調節消除殘差積分飽和現象：如果調節器能夠隨著輸出的變化而變化，那么偏差e也就會逐漸變化，最后為0,但是如果由于某種原因(如閥門關閉，泵故障)被調量偏差無法消除，而調節器還是試圖要校正這個偏差，因此積分項不停增大(絕對值增大)，經過一段時間后，調節器輸出將進入深度飽和狀態，這種現象稱為積分飽和現象微分調節總是力圖抑制被調量的振蕩，它有提高控制系統穩定性的作用適度引入微分動作可以允許稍微減小比例帶，同時保持衰減率不變微分調節具有超前

6、作用。使用微分作用時，要注意以下幾點：（1）微分作用的強弱要適當：TD太小，調節作用不明顯，控制質量必改善不大。TD太大，調節作用過強，引起被調量大幅度振蕩，穩定性下降。（2）微分調節動作對于純遲延過程是無效的。 （3）PD調節器的抗干擾能力很差，這只能應用于被調量的變化非常平穩的過程，一般不用于流量和液位控制系統。 越小（KC越大），比例作用越強；TI越小，積分作用越強；TD越大，微分作用越強；TD0，則為PI控制；TI，則為PD控制；/T<0.2：選擇比例或比例積分動作。0.2</T1.0：選擇比例微分或比例積分微分動作。/T>1.0：采用簡單控制系統不能滿足控制要求，應

7、選用復雜控制系統，如串級，前饋控制等第三章控制系統的控制質量的決定因素:被控對象的動態特性整定的實質: 通過選擇控制器參數，使其特性和過程特性相匹配，以改善系統的動態和靜態指標，實現最佳的控制效果整定的前提條件：設計方案合理，儀表選擇得當，安裝正確IE（誤差積分）簡單，也稱為線性積分準則，但是不能抑制響應等幅波動IAE（絕對誤差積分）：抑制響應等幅波動ISE（平方誤差積分）抑制響應等幅波動和大誤差，但是不能反映微小誤差對系統的影響ITAE（時間與絕對誤差乘積積分）：著重懲罰過度時間過長常用的工程整定法有以下幾種：動態特性參數法；穩定邊界法；衰減曲線法；經驗法動態特性參數法（響應曲線法）整定步驟

8、：（1）在手動狀態下，改變控制器輸出（通常采用階躍變化），記錄下測量變送環節Gm（s）的輸出響應曲線y（t）。（2）由開環響應曲線獲得單位階躍響應曲線，并求取 “廣義對象”的近似模型與模型參數； （3）根據控制器類型與對象模型，根據經驗公式選擇PID參數并投入閉環運行。在運行過程中，可對增益作調整穩定邊界法（臨界比例度法）整定步驟：1) 使調節器僅為比例控制，比例帶設為較大值，TI=,TD=0,讓系統投入閉環運行.2) 待系統運行穩定后，逐漸減小比例帶，直到系統出現等幅振蕩，即臨界振蕩過程此時的比例帶為cr，振蕩周期為Tcr3) 利用cr和Tcr值，按穩定邊界法參數整定計算公式表，求調節器各整

9、定參數,TI, TD衰減曲線法整定步驟：1) 使調節器僅為比例控制,比例帶設為較大值,TI=,TD=0,讓系統投入運行. 2) 待系統穩定后，作設定值階躍擾動，并觀察系統的響應若系統響應衰減太快，則減小比例帶；反之，若系統響應衰減過慢，應增大比例帶. 如此反復, 直到系統出現4:1衰減振蕩過程或者如圖b所示的衰減比為10：1的振蕩過程時 .記錄下此時的值（設為s ），以及Ts值（如圖a中所示），或者Tr值（如圖b中所示）。 經驗法：簡單可靠，能夠應用于各種控制系統，特別適合擾動頻繁、記錄曲線不太規則的控制系統；缺點是需反復湊試，花費時間長。臨界比例度法：簡便而易于判斷，整定質量較好，適用于一般

10、的溫度、壓力、流量和液位控制系統；但對于臨界比例度很小衰減曲線法：優點是較為準確可靠，而且安全，整定質量較高第四章1、啟動調節閥的執行機構的正反作用形式是如何定義的？在結構上有何不同？正作用:信號壓力增加時，推桿向下移動 (ZMA)；反作用:信號壓力增大時，推桿向上移動 (ZMB)。正作用的執行機構：控制器輸出增加，閥桿下移。反作用執行機構：控制器輸出增加，閥桿上移。2、調節閥的流量系數C是什么含義？如何根據C選擇調節閥的口徑？流量系數C:在給定行程下, 閥兩端壓差為0.1Mpa, 水密度為1g/cm3時, 流經調節閥的水的流量, 以m3/h表示(體積流量)。流量系數是表示調節閥通流能力的參數

11、。它根據流量、閥兩端的差壓和流體的密度等確定。是選擇閥門口徑的參數。調節閥口徑選定的具體步驟：確定主要計算數據：正常流量Qn，正常閥壓降pn，正常閥阻比Sn，運行中可能出現的最大穩定流量Qmax3、什么事調節閥的結構特性、理想流量特性和工作流量特性？如何選擇調節閥的流量特性？調節閥的結構特性：閥芯與閥座間節流面積與閥門開度之間的關系。理想流量特性：在調節閥前后壓差固定(p=常數)情況下得到的流量特性。工作流量特性：調節閥在實際使用條件下，其流量q與開度l之間的關系此時閥壓降不是常數.選擇調節閥的流量特性是：1. 從改善控制系統控制質量考慮。2. 從配管狀況(S100)考慮。調節閥的作用:接受調

12、節器送來的控制信號,調節管道中介質的流量(即改變調節量),從而實現生產過程的自動化調節閥的分類：氣動, 電動和 液動三類氣動執行機構有薄膜式和活塞式兩種常見的氣動執行機構均為薄膜式閥(或稱閥體組件)它由閥體、上閥蓋組件、下閥蓋組件和閥內件組成氣開閥：信號壓力增加，流量增加；氣關閥：信號壓力增加，流量減小閥門定位器的功能：定位功能；改善閥的動態特性；改變閥的流量特性；改變氣壓作用范圍，滿足分程控制要求；用于閥門的反向動作閥芯形狀有快開（靈敏度最差，很少使用），直線，拋物線（特性與等百分比接近）和等百分比四種。主要使用直線和等百分比兩種。直線結構特性的特點：斜率在全行程范圍內是常數。閥芯位移變化量

13、相同時,節流面積變化量也相同。直線特性的調節閥在開度變化相同的情況下：當流量小時，流量的變化值相對較大，調節作用較強，易產生超調和引起振蕩；流量大時，流量變化值相對較小，調節作用進行緩慢，不夠靈敏。等百分比結構特點：曲線的放大系數是隨開度的增大而遞增的.。在同樣的開度變化值下：流量小時（小開度時）流量的變化也小（調節閥的放大系數小），調節平穩緩和.。流量大時（大開度時）流量的變化也大（調節閥的放大系數大），調節靈敏有效。無論是小開度還是大開度，相對流量的變化率都是相等的，流量變化的百分比是相同的.流過調節閥的流量的決定因素有: 閥的開度。 閥前后的壓差。 所在的整個管路系統的工作情況。調節閥在

14、選型時應該注意以下幾點：(1) 選擇調節閥的結構形式和材質。(2) 選擇流量特性。(3) 選擇閥門口徑第五章1、試分析串級控制系統的特點，及其應用場合。（1）副回路（內環）具有快速調節作用，它能有效地克服二次擾動的影響；（2）由于內環起了改善對象動態特性的作用，因此可以加大主調節器的增益，提高系統的工作頻率。（3）對負荷或操作條件的變化具有一定的自適應能力。串級控制系統主要應用于：對象的滯后和時間常數很大、干擾作用強而頻繁、負荷變化大、對控制質量要求較高的場合。串級控制系統：就是采用兩個控制器串聯工作，主控制器的輸出作為副控制器的設定值，由副控制器的輸出去操縱控制閥，從而對主被控變量具有更好的

15、控制效果。 通用串級控制系統的方框圖：見教材P107圖5.11串級控制系統具有較好的控制性的原因：1) 在系統結構上, 它是由兩個串接工作的控制器構成的雙閉環控制系統. 其中主回路是定值控制，副回路是隨動控制。2) 副回路的引入，大大克服了二次擾動對系統被調量的影響。3) 副回路的引入, 提高了整個系統的響應速度,使其快速性得到了提高。4) 串級控制系統對負荷或操作條件的變化有一定的自適應能力副回路的設計主要是如何選擇副參數其設計原則為：副參數的選擇應使副對象的時間常數比主對象的時間常數小，調節通道短，反應靈敏；副回路應包含被控對象所受到的主要干擾；盡可能將帶有非線性或時變特性的環節包含于副回

16、路中。主回路的主要任務是：滿足主參數的定值控制要求。副回路的主要任務是：要快速動作以迅速抵消落在副環內的二次干擾。共振現象：如果主回路的工作頻率接近副回路的諧振頻率，則副回路將呈現出很高的增益和較大的相位滯后，這時反過來將嚴重影響主回路的穩定性，從而使主副參數長時間地大幅度地波動的現象。為避免共振現象，一般：Wd2>3Wd1；Td1>3Td2;一般選取：Wd2=（310）Wd1；Td1=（310）Td2串級控制系統常采用的整定方法：逐步逼近法和兩部整定法。常見的比值系統：單閉環比值控制系統和雙閉環比值控制系統比值控制系統：用來實現兩個或以上物料之間保持一定比值關系的過程控制系統 教

17、材P120公式（5-27）和（5-30）第六章1、前饋控制和反饋控制各有什么特點？為什么采用前饋控制-反饋復合系統能較大地改善系統的控制品質？反饋控制的特點 ：基于偏差來消除偏差； “不及時”的控制 ；存在穩定性問題；對各種擾動均有校正作用；控制規律通常是P、PI、PD或PID等典型規律。前饋控制的特點：(1) 前饋控制是按干擾作用的大小進行控制的，如果控制作用恰倒好處,一般比反饋控制及時。(2) 前饋控制屬于開環控制系統。(3) 前饋控制使用的是依對象特性而定的專用控制器。(4) 一種前饋控制作用只能克服一種干擾前饋反饋控制的優點：1) 增加了反饋回路，簡化了前饋控制系統，只需要對主要的干擾

18、進行前饋補償，其他干擾可由反饋控制予以校正。2) 反饋回路的存在,降低了前饋控制模型的精度要求。3) 負荷或工況變化時,對象特性也要變化,可由反饋控制加以補償,具有一定的自適應能力反饋控制系統的不足:在被控對象呈現大遲延,多干擾等難以控制的特性,而又希望得到較好的過程響應時,反饋控制難以得到好的效果(穩定性,準確性,快速性)前饋控制系統的不足之處:1)靜態準確性難保證 要達到高度的靜態準確性, 需要有準確的數學模型, 精確的測量 儀表和計算裝置, 而且, 模型中的系數也可能隨運行條件而變化2) 前饋控制是針對具體的擾動進行補償的,一種前饋控制作用只能克服一種干擾.3) 屬于開環控制，對被調量無檢驗反饋控制的優點(PID控制)：原理簡單, 使用方便,不需知道對象的確切模型。適應性強。魯棒性強